一种外壳绝缘型压电式压力传感器制造技术

本发明专利技术属于脉冲风洞试验技术领域，公开了一种外壳绝缘型压电式压力传感器。该压电式压力传感器为三层套管式结构，外层为外壳，内层为承压座，中间层为将承压座顶紧固定在外壳内的上压杆。该压电式压力传感器利用绝缘陶瓷片、绝缘陶瓷环Ⅰ和绝缘陶瓷环Ⅱ将承压座和外壳隔离，实现了外壳与传感器测量主体的绝缘；采用的IEPE集成电路芯片将压电式压力传感器的微弱信号进行放大同时将压电式压力传感器的高阻抗输入转为低阻抗输出；将外壳接地，避免了恶劣的测量环境对测量结果的影响。该压电式压力传感器结构可靠，测量精度高，适于存在油污、水以及等离子体等环境条件下的压力测量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种外壳绝缘型压电式压力传感器


[0001]本专利技术属于脉冲风洞试验
，具体涉及一种外壳绝缘型压电式压力传感器。

技术介绍

[0002]压电式压力传感器采用压电材料作为敏感元件，在外力的作用下，压电材料的两个面上产生大小相等、极性相反的电荷，电荷量的多少与施加的外力的大小成正比。压电式压力传感器具有灵敏度高、线性度好、频响高的特点，主要用于动态压力的测量，如湍流、爆炸、弹道学、发动机燃烧和脉冲风洞中的压力测量等。常规的压电式压力传感器的外壳与压电材料直接接触，作为传感器的一个电极，未与外壳接触的压电材料表面作为另一个电极。在高焓脉冲风洞中，试验气流在高温下发生离解，在激波层内产生等离子体，在这种情况下，常规的压力传感器的外壳与等离子体接触，会造成传感器的失效。在一些恶劣的测量环境下，如燃烧场中，测量环境中存在水蒸汽等产物，也会影响压电式压力传感器的测量结果。
[0003]当前，亟需发展一种外壳绝缘型压电式压力传感器。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种外壳绝缘型压电式压力传感器。
[0005]本专利技术的外壳绝缘型压电式压力传感器，其特点是，所述的压电式压力传感器包括外壳、上压杆、承压座、压电环、压电片、导电盘、膜片、绝缘陶瓷片、传力块、内套、绝缘陶瓷环Ⅰ、绝缘陶瓷环Ⅱ、接线座、绝缘胶、导线和IEPE集成电路芯片；压电式压力传感器为三层套管式结构，外层为外壳，内层为承压座，中间层为将承压座顶紧固定在外壳内的上压杆；
[0006]外壳为管段Ⅰ，上段和下段均为圆柱段，中段是凸出的六方柱段，中心为台阶空腔Ⅰ，台阶空腔Ⅰ的上部半径小、下部半径大，台阶空腔Ⅰ的下部还设置有内螺纹；外壳外接地线；
[0007]上压杆为上部半径小、下部半径大的台阶圆柱段，台阶圆柱段的上部设置有与外壳的内螺纹相匹配的外螺纹，中心为圆柱形空腔；
[0008]承压座为管段Ⅱ，上段和下段均为圆柱段，上段的顶部设置有与内套配装的圆柱面，中段是凸出的圆柱形的凸台，中心为台阶空腔Ⅱ，台阶空腔Ⅱ的上部为引线孔，台阶空腔Ⅱ的下部为内孔，内孔的直径大于引线孔的直径；内孔中放置IEPE集成电路芯片，IEPE集成电路芯片的导线向上伸出引线孔，IEPE集成电路芯片的信号线向下伸出内孔；
[0009]压电环为圆环形，导电盘、压电片、传力块和绝缘陶瓷片均为圆柱形且外径相同；按照的压电环、导电盘、压电片、传力块的顺序，从下至上依次叠放，在外部套装内套得到组合体Ⅰ，组合体Ⅰ的外径与承压座的上段直径相同；
[0010]压电式压力传感器的组装过程如下：
[0011]S1.在承压座(3)的凸台的上方套装绝缘陶瓷环Ⅰ，凸台的下方套装绝缘陶瓷环Ⅱ；
[0012]S2.将组合体Ⅰ的内套套装在承压座的上段顶部的圆柱面上，导线穿过压电环的中心圆环与导电盘连接，得到组合体Ⅱ；
[0013]S3.将组合体Ⅱ从下至上穿入外壳，绝缘陶瓷环Ⅰ与外壳的台阶空腔Ⅰ的端面接触，组合体Ⅱ的外径与外壳的台阶空腔Ⅰ之间具有隔离缝隙Ⅰ；
[0014]S4.将上压杆从下至上插入隔离缝隙Ⅰ内，上压杆的外螺纹与外壳的内螺纹拧紧，将承压座压紧，即将绝缘陶瓷环Ⅰ压紧在外壳的台阶空腔Ⅰ的端面上；承压座与上压杆之间具有隔离缝隙Ⅱ；
[0015]S5.在隔离缝隙Ⅱ内填充绝缘胶；
[0016]S6.在传力块的上方安装与传力块的直径相同的、圆柱形的绝缘陶瓷片，绝缘陶瓷片的高度与外壳的上端面平齐；
[0017]S7.将膜片焊接封装在外壳的上端面，压电式压力传感器的组装完成。
[0018]进一步地，所述的压电环、压电片的材质为压电晶体或者压电陶瓷；所述的绝缘陶瓷片、绝缘陶瓷环Ⅰ、绝缘陶瓷环Ⅱ的材质为氧化铝或者氧化锆。
[0019]进一步地，所述的压电环、压电片的材质为高温型压电材料硅酸镓镧压电晶体、YCOB压电晶体或者高温压电陶瓷；所述的绝缘陶瓷片、绝缘陶瓷环Ⅰ、绝缘陶瓷环Ⅱ的材质为隔热的陶瓷材料氧化锆陶瓷，获得用于高温测量环境的压电式压力传感器。
[0020]进一步地，所述的导电盘的材质为包括金属铜在内的导电金属，传力块的材质为高强度金属1Cr18Ni9Ti、17
‑
4不锈钢或者306L不锈钢。
[0021]进一步地，所述的膜片为圆片形的平膜片。
[0022]进一步地，所述的导电盘和压电片有N组，3≤N≤9，形成压电堆叠，提高测量灵敏度。
[0023]进一步地，所述的内孔的下端出口处安装接线座，IEPE集成电路芯片与安装接线座进行电路连接，并通过接线座传输信号；接线座为两芯插座，匹配的插头为LENO接头、2芯航空接头或者BNC接头。
[0024]进一步地，拆除内孔中的IEPE集成电路芯片，导线向上接通导电盘，向下引出承压座的内孔，获得电荷型的压电式压力传感器。
[0025]进一步地，所述的绝缘胶为环氧树脂胶。
[0026]进一步地，所述的IEPE集成电路芯片为小型差分型电荷放大电路或者电压放大电路。
[0027]本专利技术的外壳绝缘型压电式压力传感器利用绝缘陶瓷片、绝缘陶瓷环Ⅰ和绝缘陶瓷环Ⅱ将承压座和外壳隔离，实现了外壳与传感器测量主体的绝缘；采用的IEPE集成电路芯片将压电式压力传感器的微弱信号进行放大同时将压电式压力传感器的高阻抗输入转为低阻抗输出；将外壳接地，避免了测量环境中的等离子体造成的传感器失效。
[0028]本专利技术的外壳绝缘型压电式压力传感器结构可靠，测量精度高，适于该压电式压力传感器结构可靠，测量精度高，适于存在油污、水以及等离子体等环境条件下的压力测量。
附图说明
[0029]图1为本专利技术的外壳绝缘型压电式压力传感器的结构示意图(剖面图)；
[0030]图2为本专利技术的外壳绝缘型压电式压力传感器的中的组合体Ⅱ的结构示意图(剖面图)；
[0031]图3为本专利技术的外壳绝缘型压电式压力传感器的中的外壳示意图(立体图)；
[0032]图4为本专利技术的外壳绝缘型压电式压力传感器的中的上压杆示意图(立体图)；
[0033]图5为本专利技术的外壳绝缘型压电式压力传感器的中的承压座示意图(立体图)；
[0034]图6为本专利技术的外壳绝缘型压电式压力传感器的中的承压座示意图(剖面图)；
[0035]图7为本专利技术的外壳绝缘型压电式压力传感器的中的内套示意图(立体图)；
[0036]图8为本专利技术的外壳绝缘型压电式压力传感器的中的压电片示意图(立体图)；
[0037]图9为本专利技术的外壳绝缘型压电式压力传感器的中的压电环示意图(立体图)。
[0038]图中，1.外壳；2.上压杆；3.承压座；4.压电环；5.压电片；6.导电盘；7.膜片；8.绝缘陶瓷片；9.传力块；10.内套；12.接线座；13.绝缘胶；14.导线；15.IEPE集成电路芯片；
[0039]301.凸台；302.引线孔；303.内孔；
[0040]1101.绝缘陶瓷环Ⅰ；1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外壳绝缘型压电式压力传感器，其特征在于，所述的压电式压力传感器包括外壳(1)、上压杆(2)、承压座(3)、压电环(4)、压电片(5)、导电盘(6)、膜片(7)、绝缘陶瓷片(8)、传力块(9)、内套(10)、绝缘陶瓷环Ⅰ(1101)、绝缘陶瓷环Ⅱ(1102)、接线座(12)、绝缘胶(13)、导线(14)和IEPE集成电路芯片(15)；压电式压力传感器为三层套管式结构，外层为外壳(1)，内层为承压座(3)，中间层为将承压座(3)顶紧固定在外壳(1)内的上压杆(2)；外壳(1)为管段Ⅰ，上段和下段均为圆柱段，中段是凸出的六方柱段，中心为台阶空腔Ⅰ，台阶空腔Ⅰ的上部半径小、下部半径大，台阶空腔Ⅰ的下部还设置有内螺纹；外壳(1)外接地线；上压杆(2)为上部半径小、下部半径大的台阶圆柱段，台阶圆柱段的上部设置有与外壳(1)的内螺纹相匹配的外螺纹，中心为圆柱形空腔；承压座(3)为管段Ⅱ，上段和下段均为圆柱段，上段的顶部设置有与内套(10)配装的圆柱面，中段是凸出的圆柱形的凸台(301)，中心为台阶空腔Ⅱ，台阶空腔Ⅱ的上部为引线孔(302)，台阶空腔Ⅱ的下部为内孔(303)，内孔(303)的直径大于引线孔(302)的直径；内孔(303)中放置IEPE集成电路芯片(15)，IEPE集成电路芯片(15)的导线(14)向上伸出引线孔(302)，IEPE集成电路芯片(15)的信号线向下伸出内孔(303)；压电环(4)为圆环形，导电盘(6)、压电片(5)、传力块(9)和绝缘陶瓷片(8)均为圆柱形且外径相同；按照的压电环(4)、导电盘(6)、压电片(5)、传力块(9)的顺序，从下至上依次叠放，在外部套装内套(10)得到组合体Ⅰ，组合体Ⅰ的外径与承压座(3)的上段直径相同；按照的压电环(4)、导电盘(6)、压电片(5)、传力块(9)的顺序，从下至上依次叠放，在外部套装内套(10)得到组合体Ⅰ，组合体Ⅰ的外径与承压座(3)的上段直径相同；压电式压力传感器的组装过程如下：S1.在承压座(3)的凸台(301)的上方套装绝缘陶瓷环Ⅰ(1101)，凸台(301)的下方套装绝缘陶瓷环Ⅱ(1102)；S2.将组合体Ⅰ的内套(10)套装在承压座(3)的上段顶部的圆柱面上，导线(14)穿过压电环(4)的中心圆环与导电盘(6)连接，得到组合体Ⅱ；S3.将组合体Ⅱ从下至上穿入外壳(1)，绝缘陶瓷环Ⅰ(1101)与外壳(1)的台阶空腔Ⅰ的端面接触，组合体Ⅱ的外径与外壳(1)的台阶空腔Ⅰ之间具有隔离缝隙Ⅰ；S4.将上压杆(2)从下至上插入隔离缝隙Ⅰ内，上压...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵荣娟，王临平，刘济春，田润雨，孔小平，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：